科学論文総合学術報告

研究背景

多発性硬化症（multiple sclerosis, MS）は、炎症性および変性性の中枢神経系（central nervous system, CNS）疾患であり、世界中で約280万人が影響を受けています。この疾患の病理メカニズムは主に自己免疫介在の髄鞘崩壊と軸索切断に関連しており、さらにミトコンドリアの欠陥、グルタミン酸興奮毒性、酸化ストレスなどの神経変性メカニズムも関与しています。中枢神経系の先天性免疫システム、特に小膠細胞（microglia）や星状膠細胞（astrocytes）を主要成分とする細胞は、MSの病因メカニズムにおいて重要な役割を果たしています。本研究は、迷走神経刺激（vagus nerve stimulation, VNS）を通じてMSにおける髄鞘崩壊および神経炎症の改善を探ることを目的としており、特にマウスモデルにおける再髄鞘化および先天性神経炎症への影響を研究することを目指しています。

研究出典

本研究はGhent UniversityのHelen Bachmann、Boris Vandemoortele、Vanessa Vermeirssenらによって行われ、2024年4月の《Brain Stimulation》誌に発表されました。本研究は研究基金およびCharcot研究基金の助成を受けており、著者の所属機関にはGhent University Hospital、Cancer Research Institute Ghentなどが含まれています。

研究プロセスおよび方法

実験プロセス

本研究は主に二つの部分に分けて行われました：髄鞘崩壊実験と再髄鞘化実験。全体の実験サンプルは46匹の雌性Lewisラットを含みます。最初の髄鞘崩壊実験には33匹のラットが三つのグループに分けられ、一分間の迷走神経刺激、持続的な迷走神経刺激、疑似刺激がそれぞれ行われ、溶磷脂コリン（lysolecithin, LPC）注入の2日前から注射後3日目の解剖まで続けられました。二つ目の再髄鞘化実験には13匹のラットが持続的な迷走神経刺激と疑似刺激に分けられ、実験期間は注射の2日前から注射後11日目の解剖まで行われました。

実験方法

LPC注射による髄鞘崩壊損傷の後、免疫組織化学およびプロテオミクス解析を用いてこれらの損傷の髄鞘崩壊および神経炎症を定量化しました。まず、特製の双極スリーブ電極を使って左迷走神経に電極を植え込み、さまざまなパラメータの電気刺激を行いました。次に、標準化されたLPC注射が実施され、ラットはソフトウェアを使用して異なる時間点で髄鞘崩壊と再髄鞘化の状況を分析しました。迷走神経刺激の効果を制御および測定するために、実験中には喉頭筋誘発電位も測定されました。

データ分析

免疫組織化学分析は主に小膠細胞と星状膠細胞の活動性の評価、髄鞘および髄鞘前駆細胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）の状況の評価を含みます。具体的な方法は：

1. 免疫組織化学染色：脳切片に対してイオン化カルシウム結合アダプタ分子1（ionized calcium-binding adapter molecule 1, Iba1）およびグリア線維酸性タンパク質（glial fibrillary acidic protein, GFAP）二重染色、および寡突膠細胞系列転写因子2（oligodendrocyte lineage transcription factor 2, Olig2）、血小板由来成長因子受容体α（platelet-derived growth factor receptor alpha, PDGFRa）二重染色を行いました。

2. データ分析：SPSバージョン27を使用して統計分析を行い、画像処理ソフトウェアを使用して全ての切片のデータ処理を行い、さまざまな細胞数と活動強度をさらに分析しました。

実験結果

髄鞘崩壊実験結果

1. 迷走神経刺激による髄鞘崩壊への影響：3日後、ラットの髄鞘崩壊損傷体積に有意差はありませんでした。しかし、疑似刺激群と比較して、迷走神経刺激群の寡突膠細胞数は有意に減少しました。

2. 小膠細胞への影響：持続的な迷走神経刺激を受けたラットでは、損傷領域およびその境界の小膠細胞と星状膠細胞の活性化程度が有意に減少しました。特に、マクロファージタイプの小膠細胞数が大幅に減少し、迷走神経刺激が炎症性小膠細胞の活性化を遅らせる可能性があることが示されました。

再髄鞘化実験結果

1. 迷走神経刺激による再髄鞘化への影響：11日後、持続的な迷走神経刺激群の髄鞘崩壊体積は疑似刺激群と比較して57.4％減少しました。これにより、迷走神経刺激が再髄鞘化を促進することが示されました。

2. 小膠細胞および星状膠細胞への影響：11日後、疑似刺激群と比較して、持続的な迷走神経刺激群のラットの損傷領域の境界の小膠細胞と星状膠細胞の活性化は正常レベルに顕著に低下しました。

プロテオミクス分析

高効率液相クロマトグラフィー・タンデム質量分析によるプロテオミクス分析の結果、持続的な迷走神経刺激群において、シナプス関連タンパク質が顕著に上昇していることが示され、これは神経炎症の改善と再髄鞘化の促進に関連する可能性があります。しかし、11日後、小膠細胞および星状膠細胞に対する持続的な影響が見られる一方で、タンパク質レベルでは有意な差は見られませんでした。

研究結論

迷走神経刺激は、小膠細胞および星状膠細胞の活性を通じて多くのメカニズムを介し、損傷領域の再髄鞘化プロセスを顕著に改善することが示されました。この介入は、MSにおける先天性神経炎症および再髄鞘化の処理に新たな視点を提供します。将来の研究では、迷走神経刺激の臨床的な実行可能性をさらに探求し、単一細胞技術に基づくさらなる時間点での研究を深め、その作用メカニズムを全面的に解明する必要があります。

研究ハイライト

1. 重要な発見：本研究は、持続的な迷走神経刺激が溶磷脂コリン誘発による髄鞘崩壊モデルの再髄鞘化を顕著に改善することを示しました。
2. 革新性：迷走神経刺激が小膠細胞および星状膠細胞の炎症を軽減し、再髄鞘化を促進する作用は、MS治療の新たな方向性を示しています。
3. 研究の意義：本研究は迷走神経が神経炎症を調節する可能性を示し、未来のMS患者に対する可能性のある治療戦略を提供しました。